一、基本思想
弱导光纤:n1≈ n2 , k0n1 ≈ k0n2,亦即: k0n1 ≈ k0 n2 ≈
光线与纤轴的夹角小;芯区对光场的限制较弱; 消逝场在包层中延伸较远。
弱导光纤场的特点:
HEι+1,m模式与EHι-1,m色散曲线相近;场的横向分量线偏振,且远大于纵向分量;可以在直角坐标系中讨论问题可以得到简化的本征解与本征值方程。
二、 LPιm模
用近似方法,弱导光纤中场表述为新的模式,即线偏振模LPιm (Linear Polarization Mode)
LPιm模由HEι+1,m模式与EHι-1,m线性迭加构成,因此某一横向场分量将归于抵消,呈现线偏振模;
LPιm模只有四个不为零的场分量:可以是Ey、Hx、Ez和Hz;也可以是与之正交的Ex、Hy、Ez和Hz;分别沿y方向和x方向偏振。
三、LPιm模的简并
当ι ǂ0时,每一个LPιm模式有四重简并:径向两种模式:沿x或y方向偏振;角向两种变化:或 ;
当ι=0时,LP0m模式只有两重简并,即只有径向变化,没有角向变化。
四、LPιm 的偏振态
LPιm模的简并态是以光纤的弱导近似为前提的;
实际上,n1和n2不可能相等,因此HEι+1,m模式与EHι-1,m模的传播常数β不可能绝对相等,即两者的相速并不完全相同;
随着电磁波的向前传播,场将沿z轴作线偏振波-椭圆偏振波-圆偏振波-椭园偏振波-线偏振波的周期性变化;
场形变化一周期所行经的z向距离,即差拍距离为: L=2π/(β1-β2) β1与β2分别为两精确模式的Z向传播常数。
五、导模截止与远离截止条件
模式的截止与远离截止:
远离截止: W→∞, 场在包层中不存在
临近截止:W=0 ,场在包层中不衰减
截止与远离截止条件:
模式本征值: Uc<U<
六、SIOF中的线偏振模式(精确值)
U |
模式 |
导模总数 |
0--2.405 |
LP01 |
2 |
2.405--3.832 |
LP11 |
2+4=6 |
3.832--5.136 |
LP02, LP21 |
6+6=12 |
5.136--5.520 |
LP31 |
12+4=16 |
5.520--6.380 |
LP12 |
16+4=20 |
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七、导模场分布的一般规律
一般来说,对 LPlm模,沿径向的亮斑数为m,沿角向的亮斑为 2l ,对 l=0,则中心为亮斑,对 l≠0,则中心为暗斑。
八、 导模纵向功率流
导模远离截止: 导模功率几乎全部集中在纤芯中传输。
导模邻近截止: 对于低阶模,导模功率几乎全部在包层之中传输; 对于高阶模(l>1),仍有相当大一部分功率在纤芯中传输。